Luận Văn Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp phát triển bền vững tài nguyên, môi trường nước lưu vực sông

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN BẾN VỮNG TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
NĂM - 2012

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .1
CHƯƠNG 1 .6
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN PHÁT TRIỂN BỀN
VỮNG TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG . .6
1.1 Một số khái niệm và định nghĩa 6
1.2 Phát triển bền vững tài nguyên nước .7
1.2.1 Khái niệm 7
1.2.2 PTBV tài nguyên nước lưu vực sông .8
1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu và thực hiện PTBV tài nguyên nước lưu vực
sông trên thế giới và ở Việt Nam 9
1.3.1 Trên thế giới .9
1.3.2 Tại Việt Nam .14
1.3.3 Trên lưu vực sông Trà Khúc .19
1.4 Những tồn tại trong nghiên cứu phát triển tài nguyên nước lưu vực sông Trà
Khúc và tiếp cận nghiên cứu của luận án 21
1.4.1 Tồn tại trong nghiên cứu .21
1.4.2 Tồn tại trong phát triển tài nguyên nước và thực hiện PTBV .22
1.4.3 Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của luận án 22
1.5 Kết luận chương 1 .23


CHƯƠNG 2 .25
ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC .25
LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC .25
2.1 Giới thiệu lưu vực sông Trà Khúc và tình hình khai thác sử dụng nước trên lưu
vực sông .25
2.1.1 Lưu vực sông Trà Khúc 25
2.1.2 Tình hình khai thác sử dụng nước .29
2.2 Đánh giá tài nguyên nước .33
2.2.1 Tình hình số liệu quan trắc khí tượng thủy văn .33
2.2.2 Đánh giá tài nguyên nước mưa .34
2.2.3 Đánh giá tài nguyên nước mặt 37
2.3 Đánh giá môi trường nước .42
2.3.1 Chất lượng nước .42
2.3.2 Đánh giá tài nguyên thủy sinh vật ở lưu vực sông Trà Khúc 52
2.4 Nguyên nhân suy thoái tài nguyên và môi trường nước hạ lưu sông Trà Khúc 55
2.4.1 Suy thoái và cạn kiệt nguồn nước khu vực hạ lưu .55
2.4.2 Suy thoái môi trường nước và HST thủy sinh .65
2.5 Kết luận chương 2 .68


CHƯƠNG 3 .70
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN,
MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC 70
3.1 Phân tích, xác định những biểu hiện không bền vững trong PTTNN lưu vực sông
Trà Khúc 70
3.2 Nghiên cứu xác định yêu cầu duy trì dòng chảy tối thiểu trên sông chính hạ lưu
sông Trà Khúc 73
3.2.1 Ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu .73
3.2.2 Phương pháp xác định yêu cầu duy trì dòng chảy tối thiểu hạ lưu sông Trà
Khúc 74
3.3 Nghiên cứu đề xuất bộ chỉ thị bảo vệ môi trường nước và hệ sinh thái thủy vực
sông Trà Khúc 85
3.3.1 Ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu .85
3.3.2 Phương pháp tiếp cận và các nguyên tắc xây dựng bộ chỉ thị 86
3.3.3 Vận dụng khung DPSIR đề xuất bộ chỉ thị bảo vệ môi trường nước và hệ sinh
thái thủy vực sông Trà Khúc 88
3.3.4 Sử dụng bộ chỉ thị trong quản lý bảo vệ môi trường nước và HST thủy vực
lưu vực sông Trà Khúc .93
3.4 Nghiên cứu phương pháp ước tính giá trị kinh tế HST thủy vực hạ lưu sông Trà
Khúc trợ giúp cho quá trình ra quyết định khai thác sử dụng nước lưu vực sông .96
3.4.1 Ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu .96
3.4.2 Phương pháp ước tính giá trị kinh tế dịch vụ và chức năng HST 97
3.4.3 Phương pháp luận ước tính giá trị kinh tế các chức năng và dịch vụ hệ sinh
thái .98
3.4.4 Xây dựng phương pháp ước tính giá trị kinh tế các dịch vụ và chức năng HST
thủy vực hạ lưu sông Trà Khúc 100
3.5 Kết luận chương 3 112


CHƯƠNG 4 .114
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN TÀI NGUYÊN NƯỚC
LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC THEO HƯỚNG BỀN VỮNG .
4.1 Cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp .114
4.1.1 Cơ sở đề xuất các giải pháp 114
4.1.2 Định hướng cho đề xuất giải pháp 114
4.2 Giải pháp công trình: xây dựng bổ sung, hoàn chỉnh cơ sở hạ tầng các công trình
KTSD nước trên lưu vực sông đáp ứng yêu cầu bền vững 116
4.2.1 Nguồn nước đến đập Thạch Nham và xác định các công trình bổ sung nguồn
nước .117
4.2.2 Đánh giá khả năng bổ sung nguồn nước và thực hiện giải pháp 120
4.3 Giải pháp chia sẻ, phân bổ nguồn nước đến đập Thạch Nham cho sử dụng ở khu
vực hạ lưu 121
4.3.1 Bài toán chia sẻ, phân bổ nguồn nước đến đập Thạch Nham cho sử dụng ở hạ
lưu và phương pháp tính toán .121
4.4 Giải pháp thực hiện phương thức quản lý nhu cầu nước thay cho phương thức
quản lý cung cấp nước hiện hành 136
4.5 Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước của HTTL Thạch Nham .138
4.5.1 Tồn tại trong khai thác sử dụng nước của HTTL Thạch Nham 138
4.5.2 Nội dung của giải pháp .139
4.6 Giải pháp bảo vệ môi trường nước và hệ sinh thái thủy vực .140
4.7 Kết luận chương 4 141


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . .142


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1. Giá trị đặc trưng tháng, năm của các yếu tố khí hậu chủ yếu tại trạm Ba Tơ
và Thành phố Quảng Ngãi theo số liệu quan trắc đến năm 2010 [19] 26
Bảng 2-2 . Diện tích, dân số của các huyện, phần thuộc lưu vực sông Trà Khúc .27
Bảng 2-3. Diện tích tưới của HTTL Thạch Nham qua các năm đến nay (ha) 29
Bảng 2-4. Diện tích tưới HTTL Thạch Nham năm 2010 .30
Bảng 2-5. Lượng nước lấy vào HTTL Thạch Nham 9 tháng mùa kiệt (Tr. m3) 30
Bảng 2-6. Thống kê các trạm quan trắc khí tượng thủy văn LVS Trà Khúc và vùng lân
cận .34
Bảng 2-7. Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm các trạm trong lưu vực Trà
Khúc và khu vực lân cận của tỉnh Quảng Ngãi (mm) 35
Bảng 2-8. Các đặc trưng dòng chảy năm trung bình nhiều năm tại trạm thủy văn Sơn
Giang và một số vị trí trên dòng chính sông Trà Khúc .37
Bảng 2-9. Các đặc trưng thống kê dòng chảy năm và lượng dòng chảy năm thiết kế
trạm thủy văn Sơn Giang ( theo năm thủy văn) .38
Bảng 2-10. Dạng phân phối dòng chảy năm tại trạm thủy văn Sơn Giang Q (m3/s) .38
Bảng 2-11 Các đặc trưng thống kê ĐTS lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất và lưu lượng đỉnh
lũ lớn nhất thiết kế tại Sơn Giang .39
Bảng 2-12. Các đặc trưng thống kê Qthang min và Qngàymin và lưu lượng dòng chảy
nhỏ nhất thiết kế tại Sơn Giang (1997-2000) 39
Bảng 2-13. Lưu lượng, tổng lượng dòng chảy trung bình các tháng mùa kiệt tại Sơn
Giang [21] 39
Bảng 2-14. Khả năng xuất hiện lũ tiểu mãn đạt từ mức BĐ1 trở lên 40
trong tháng V, VI từ 1977-2010 trên sông Trà Khúc [21] 40
Bảng 2-15. Đánh giá tài nguyên nước theo mô đuyn dòng chảy M0 .41
Bảng 2-16. Đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông Trà Khúc dựa trên lượng nước mặt
bình quân trên 1 ha đất nông nghiệp của lưu vực .41
Bảng 2-17. Các vị trí đánh giá CLN trên dòng chính ở hạ lưu sông Trà Khúc .45
Bảng 2-18. Bảng đánh giá CLN dùng chỉ số WQI [4] .50
Bảng 2-19. Các số liệu sử dụng cho tính toán WQI hạ lưu sông Trà Khúc tại thời điểm
quan trắc tháng 7-2010 51
Bảng 2-20. Kết quả tính toán chỉ số WQI hạ lưu Trà Khúc cho 4 đợt quan trắc 51
Bảng 2-21. Diễn biến diện tích rừng bị mất từ 2002-2010 LVS Trà Khúc (ha) .56
Bảng 2-22. Diễn biến diện tích rừng theo địa bàn huyện lưu vực sông Trà Khúc (ha)56
Bảng 2-23. Tổng hợp tình hình lấy nước của đập Thạch Nham các năm vừa qua và số
ngày nước không qua ngưỡng tràn .58
Bảng 2-24. Phân tích Qđến Thạch Nham trong các đơt cạn kiệt xảy ra trong mùa kiệt
các năm 59
Bảng 2-25. Mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình theo mùa so với thời kỳ 1980 - 1999
theo kịch bản phát thải trung bình (B2) tại Quảng Ngãi [3 ] 63
Bảng 2-26. Mức thay đổi (%) lượng mưa theo mùa so với thời kỳ 1980 - 1999 theo
kịch bản phát thải trung bình (B2) tại Quảng Ngãi [3 ] 63
Hình 3-1. Sơ họa các thành phần nguồn nước và sử dụng nước hạ luu tuyến tính toán
DCTT .76
Bảng 3-1. Tính toán Qdcmt tại trạm thủy văn Trà Khúc theo phương pháp Tennant .80
Bảng 3-2. PPDC năm dạng bình quân tại trạm thủy văn Trà Khúc , giai đoạn 1979-
1993 khi chưa có đập Thạch Nham tính theo số liệu khôi phục .81
Bảng 3-3. Tỷ lệ lượng dòng chảy các tháng trong mùa kiệt chiếm trong tổng số lượng
dòng chảy mùa kiệt tại tuyến tính toán (%) .82
Bảng 3-4. Q dòng chảy môi trường các tháng mùa kiệt tại tuyến tính toán 82
Bảng 3-5. Q dctt theo các tháng mùa kiệt tại tuyến tính toán 83
Bảng 3-6. Nhóm chỉ thị biểu thị động lực (D) .89
Bảng 3-7. Nhóm chỉ thị biểu thị Áp lực (P) .90
Bảng 3-8. Nhóm chỉ thị biểu thị hiện trạng/trạng thái môi trường nước (S) 91
Bảng 3-9 . Nhóm chỉ thị biểu thị tác động (I ) .92
Bảng 3-10. Nhóm chỉ thị biểu thị sự ứng phó (R ) 93
Bảng 3-11. Xác định một số chỉ thị bảo vệ môi trường nước và HST thủy vực hạ lưu
sông sông Trà Khúc tại thời điểm năm 2010 .94
Bảng 3-12. Kết quả phân tích chất lượng nước mặt hạ lưu Trà Khúc – tháng 7-2010
[34] 96
Bảng 3-13. Điều kiện áp dụng các phương pháp đánh giá giá trị kinh tế ĐNN [45] 101
Bảng 3-12. Khung nhận thức về giá trị kinh tế tổng cộng đối vớ HST sông, vận dụng
cụ thể đối với vùng hạ lưu sông Trà Khúc .102
Bảng 3-14. Ước tính giá trị kinh tế các dịch vụ HST nước hạ lưu Trà Khúc .106
Bảng 3-15. Kết quả ước tính giá trị kinh tế HST hạ lưu sông Trà Khúc .110
Bảng 4-1. Các giải pháp PTTNN lưu vực sông Trà Khúc theo hướng bền vững 115
Bảng 4-2. Dạng PPDC năm thiết kế theo năm thủy văn (P=85%) đến đập Thạch Nham
117
Bảng 4-3. Các vị trí có thể xây dựng hồ chứa ở thượng lưu sông Trà Khúc để bổ sung
cho khu vực hạ lưu có dung tích nhỏ hơn 100 tr.m3 120
Bảng 4-5. Nguyên tắc chia sẻ, phân bổ nguồn nước đến đập Thạch Nham cho sử dụng
ở khu vực hạ lưu theo đề xuất của luận án 124
Bảng 4-6. Các phương án tính toán chia sẻ, phân bổ nguồn nước 127
Bảng 4-7. Kết quả mức tưới mặt ruộng tính theo mô hình CROPWAT khu tưới
ThạchNham (m3/ha/vụ) .128
Bảng 4-8. Tổng hợp và nhận xét đánh giá kết quả các phương án 132
Bảng 4-9. Giá trị kinh tế của sử dụng nước phương án hiện tại năm 2010 (PA1) .135
Bảng 4-10. Giá trị kinh tế của sử dụng nước phương án cả 3 hồ bổ sung nguồn nước
(PA4b) 135
Bảng 4- 11. Tổng hợp giá trị kinh tế các phương án ( tỷ VND) .136


DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1. Tiếp cận các khía cạnh kinh tế, xã hội, sinh thái trong phát triển bền vững
[78] 7
Hình 1-2. Khung thực hiện nghiên cứu .24
Hình 2-4. Mô hình phân phối mưa tháng các trạm Sơn Giang và trạm Quảng Ngãi .36
Hình 2-7.Diễn biến thông số BOD5 theo không gian và thời gian .48
Hình 2-8. Diễn biến thông số COD theo không gian và thời gian .49
Hình 2-9.Diễn biến thông số DO theo không gian và thời gian .49
Hình 2-10. Diễn biến thông số Coliform theo không gian và thời gian 49
Hình 2-11. Biểu đồ Qthang min tại trạm TV Trà Khúc .61
Hình 2-12. Biểu đồ Qngaymin tại trạm thủy văn Trà Khúc 61
Hình 2-13. Bản đồ nguy cơ ngập tại Quảng Ngãi ứng với kịch bản nước biển dâng 1m
[3] 64
Hình 3-2. Sơ đồ tuyến tính toán DCTT và các thành phần nguồn nước đoạn sông hạ
lưu tuyến tính toán DCTT ( Trạm thủy văn Trà Khúc) 78
Hình 3-3. Đường duy trì Q bình quân ngày tại trạm thủy văn Trà Khúc (TP Quảng
Ngãi) theo số liệu dòng chảy khôi phục bằng phương pháp thủy văn 81
Hình 3-4. Sơ đồ DPSIR trong quản lý TNN (Kristensen, 2004) 86
Hình 3-5. Tổng giá trị kinh tế của hệ sinh thái [98] 99
Hình 3-6. Khái quát các phương pháp đánh giá tổn thất kinh tế HST và môi trường
[76] 100
Hình 3-8 Tỷ lệ % của từng loại giá trị chiếm trong tổng giá trị kinh tế HST hạ lưu lưu
vực Trà Khúc trong trường hợp 1. 111
Hình 4-1 . Sơ đồ tính toán cân bằng nước hạ lưu sông Trà Khúc 126
Hình 4-2 . Kết quả tính toán các phương án .132

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Nước là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng và cần thiết cho phát triển kinh tế xã hội (KTXH) của con người. Tuy nhiên, sự gia tăng dân số và quá trình đô thị hoá và công nghiệp hoá trong hơn nửa thế kỷ gần đây đã tác động mạnh mẽ và làm suy giảm tài nguyên nước của các lưu vực sông (LVS), khiến cho tình trạng thiếu nước đang dần trở thành phổ biến và nghiêm trọng tại nhiều nước trên thế giới trong đó có cả nước ta. Điều đó đòi hỏi các nước phải tìm các phương thức phù hợp để khai thác sử dụng, quản lý và bảo vệ bền vững tài nguyên nước các sông suối của nước mình, hay nói cách khác thực hiện phát triển bền vững (PTBV) tài nguyên nước các LVS. Nước là một tài nguyên chủ yếu của LVS, nó có mối quan hệ chặt chẽ với các loai tài nguyên khác như đất, không khí và tài nguyên sinh vật. Sự phát triển KTXH và cuộc sống của muôn loài trên LVS sẽ bị đe dọa nếu tài nguyên nước của LVS bị suy thoái không còn đủ cho duy trì đời sống và các hoạt động phát triển KTXH của con người. Điều đó cho thấy thực hiện PTBV tài nguyên nước các LVS chính là để tạo cơ sở cho phát triển bền
vững KTXH của đất nước.
Trà Khúc là một trong những LVS nằm ở vùng Trung Trung Bộ của nước ta. Sông Trà Khúc có tiềm năng nguồn nước rất phong phú với mô đuyn dòng chảy năm trung bình nhiều năm M0 của lưu vực đạt trên 70 l/s.km2. Nhưng do một số tồn tại trong khai thác sử dụng (KTSD) và bảo vệ nguồn nước đã khiến cho nguồn nước của sông ở khu vực hạ lưu nhất là đoạn sông chảy qua Thành phố Quảng Ngãi ra đến cửa sông đang bị suy thoái và cạn kiệt tương đối nghiêm trọng trong thời gian mùa kiệt, nguy cơ đứt dòng có thể xảy ra trong tương lai không xa nếu không có giải pháp để quản lý ngăn chặn kịp thời. Tình trạng này đã gây ra những tác động tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh vật, làm suy thoái hệ sinh thái (HST) và môi trường dòng sông, gây khó khăn cho phát triển của Thành phố Quảng Ngãi và dân cư các vùng ở khu vực hạ lưu.
Trong bối cảnh như trên thì yêu cầu nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất các giải pháp để từng bước khắc phục tồn tại trên, thực hiện PTBV tài nguyên nước LVS Trà Khúc là cần thiết, đóng góp cho phát triển KTXH của Tỉnh Quảng Ngãi . Luận án " Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp phát triển bền vững tài nguyên, môi trường nước lưu vực sông Trà Khúc" do nghiên cứu sinh thực hiện kỳ vọng cung cấp những dẫn liệu khoa học cho cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước tham khảo trong việc hoạch định các chính sách quản lý, bảo vệ tài nguyên nước của lưu vực sông (LVS) phù hợp với tình hình và điều kiện của lưu vực, ngăn chặn suy thoái và phục hồi nguồn nước của sông, đảm bảo phát triển bền vững.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
(1) Xác định được cơ sở khoa học cho phát triển bền vững tài nguyên, môi trường nước lưu vực sông Trà Khúc.
(2) Đề xuất được các giải pháp để phát triển tài nguyên nước của lưu vực sông Trà Khúc theo hướng bền vững.
3. Phạm vi nghiên cứu
(1) Tài nguyên và môi trường nước mặt LVS Trà Khúc.
(2) Các giải pháp đề xuất trong luận án mang tính định hướng, tập trung chủ yếu vào khu vực hạ lưu là nơi mà